軌道交通專用通信集中告警系統(tǒng)設(shè)計

李士東

(河北遠(yuǎn)東哈里斯通信有限公司，河北石家莊 050200)

0 引言

隨著社會的飛速發(fā)展，交通擁擠問題日益突出，嚴(yán)重影響了人們的生活和國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，軌道交通是緩解交通擁擠問題的一個強(qiáng)有力的交通工具。

軌道交通是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，其可靠高效運(yùn)營需要眾多相關(guān)系統(tǒng)相互協(xié)作和大力支持。專用通信系統(tǒng)在其中發(fā)揮舉足輕重的作用，它為地鐵運(yùn)營提供通信保障。專用通信系統(tǒng)主要包括:傳輸、無線、公務(wù)電話、專用電話、閉路電視、時鐘、廣播、電源、集中告警等至少9個子系統(tǒng)［1］。

集中告警系統(tǒng)是軌道交通專用通信系統(tǒng)中一個重要的組成部分，它實(shí)時監(jiān)控其他各子系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，為維護(hù)人員提供全網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行視圖，是專用通信系統(tǒng)的運(yùn)維支撐系統(tǒng)。

1 總體設(shè)計

集中告警系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 集中告警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

集中告警系統(tǒng)采用分層設(shè)計，主要包括前置機(jī)、告警解析服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和客戶端。

前置機(jī)負(fù)責(zé)采集各子系統(tǒng)的告警數(shù)據(jù)，將不同協(xié)議的告警數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)內(nèi)部統(tǒng)一格式并存入數(shù)據(jù)庫。

告警解析服務(wù)器根據(jù)不同設(shè)備類型的告警狀態(tài)匹配規(guī)則進(jìn)行告警分析定位，將分析結(jié)果提交給應(yīng)用服務(wù)器。

應(yīng)用服務(wù)器將告警結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端顯示，并響應(yīng)客戶端的各種操作指令。

客戶端主要提供人機(jī)操作界面，通過監(jiān)控拓?fù)湟晥D來顯示網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

2 需要解決的難點(diǎn)問題

集中告警系統(tǒng)的建設(shè)難點(diǎn)在于:①管理設(shè)備類型眾多，接口協(xié)議繁雜;②監(jiān)控場景視圖千變?nèi)f化。

專用通信系統(tǒng)至少包含8個子系統(tǒng)，不同的子系統(tǒng)由不同的設(shè)備供應(yīng)商提供，各子系統(tǒng)告警接口協(xié)議一般都由設(shè)備供應(yīng)商自己定義，而且多采用私有接口協(xié)議［3］。

不同子系統(tǒng)功能不同，設(shè)備組網(wǎng)方式及配置情況差異巨大，因此抽象出的監(jiān)控場景視圖也不同，且隨時可能發(fā)生改變。

通常解決這種問題最簡單的方案就是定制系統(tǒng)，為每個項(xiàng)目開發(fā)一套集中告警系統(tǒng)，這樣做存在如下缺陷:①項(xiàng)目通用性差，不能一勞永逸解決同一個問題，每個項(xiàng)目都需要重新投入人力物力;②項(xiàng)目后期維護(hù)成本增加，版本管理困難，每個項(xiàng)目一個版本，對于共性的bug解決需要n份雷同工作。該系統(tǒng)要解決上述難點(diǎn)問題并避免定制系統(tǒng)帶來的缺陷［4］。

3 設(shè)計實(shí)現(xiàn)

3.1 前置機(jī)實(shí)現(xiàn)

前置機(jī)直接與被監(jiān)控系統(tǒng)通信，采集設(shè)備告警，需要設(shè)計成接口可靈活擴(kuò)充的軟件結(jié)構(gòu)［5］。前置機(jī)軟件結(jié)果如圖2所示。

圖2 前置機(jī)軟件結(jié)構(gòu)

前置機(jī)接口適配層設(shè)計成橫向可擴(kuò)充結(jié)構(gòu)，接口實(shí)體間沒有任何耦合，接入新協(xié)議只需橫向擴(kuò)充一個全新接口實(shí)體即可［6］。接口實(shí)體將不同格式規(guī)約的告警數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成內(nèi)部可識別的統(tǒng)一格式，然后存入數(shù)據(jù)庫，并通知告警解析服務(wù)器。

前置機(jī)與告警解析服務(wù)器間采用面向連接TCP私有協(xié)議通信。

前置機(jī)各接口實(shí)體通過DLL的方式實(shí)現(xiàn)，前置機(jī)初始化時動態(tài)加載DLL。新增設(shè)備類型時只需增加一個全新的DLL接口實(shí)體。

3.2 告警解析服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器實(shí)現(xiàn)

前置機(jī)雖然將告警轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一格式［7］，但不同設(shè)備的告警狀態(tài)匹配規(guī)則不同，有的通過告警級別匹配(如1～4級表示故障，5級表示恢復(fù));有的通過“告警類/告警號”匹配(如“通信故障/1”表示故障，“通信故障/2”表示恢復(fù))。

告警解析服務(wù)器主要根據(jù)不同設(shè)備類型的告警狀態(tài)匹配規(guī)則進(jìn)行告警分析定位，產(chǎn)生內(nèi)部告警數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，程序結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 告警解析服務(wù)器軟件結(jié)構(gòu)

告警解析服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫提取告警數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)備類型進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)度，把告警數(shù)據(jù)分發(fā)到對應(yīng)的告警解析實(shí)體，告警解析實(shí)體通過DLL的形式實(shí)現(xiàn)，在程序初始化時動態(tài)加載進(jìn)來。新增設(shè)備類型時除了前置機(jī)上增加一個DLL接口實(shí)體，告警解析服務(wù)器也需增加一個全新的DLL解析實(shí)體。

內(nèi)部告警數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個內(nèi)存鏈表，數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，程序啟動后加載到內(nèi)存，其內(nèi)按告警級別記錄著系統(tǒng)每個故障單元對應(yīng)的故障告警個數(shù)及恢復(fù)告警個數(shù)。

告警解析實(shí)體根據(jù)告警狀態(tài)匹配規(guī)則進(jìn)行告警分析。如為故障狀態(tài)告警則把對應(yīng)故障單元的故障告警數(shù)加1;如為恢復(fù)狀態(tài)告警則清除之前存在的相匹配的故障告警(假設(shè)故障告警n個，n≥0)，把對應(yīng)故障單元的故障告警數(shù)減n，恢復(fù)告警數(shù)加n+1，產(chǎn)生內(nèi)部告警數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)入庫并通知應(yīng)用服務(wù)器。告警解析服務(wù)器與應(yīng)用服務(wù)器間采用面向連接TCP私有協(xié)議通信。

應(yīng)用服務(wù)器負(fù)責(zé)將內(nèi)部告警數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)給在線客戶端;同時對客戶端提交的數(shù)據(jù)進(jìn)行后臺分析處理并入庫，將處理結(jié)果返回給客戶端。

3.3 客戶端實(shí)現(xiàn)

客戶端可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)告警的圖形化管理，告警可以定位到板卡或者端口級別。但不同集中告警系統(tǒng)管理的設(shè)備不同，設(shè)備外觀及配置也各不相同，這就為系統(tǒng)圖形化管理帶來了困難。為了不走定制路線，系統(tǒng)需要提供一個設(shè)備無關(guān)的拓?fù)鋱鼍埃?］編輯工具，可以根據(jù)設(shè)備組網(wǎng)及配置情況利用各種形狀的圖元進(jìn)行拓?fù)渚庉?。拓?fù)渚庉嬙砣鐖D4所示。

圖4 拓?fù)渚庉嬙?/p>

一個監(jiān)控拓?fù)溆扇舾蓚€圖層構(gòu)成，圖層間有嚴(yán)格的隸屬關(guān)系，一個圖層可有多個子層，子層下還可再有子層，依此類推。拓?fù)渚庉嫴捎脠D4所示的倒樹型拓?fù)渚庉嫿Y(jié)構(gòu)，由一個根節(jié)點(diǎn)可以擴(kuò)充出不同的子圖層構(gòu)成一個完整的監(jiān)控拓?fù)洹Ｃ總€圖層有唯一的圖層索引，圖層索引代表了該圖層在整個拓?fù)渲械奈恢眯畔ⅰＨ?-1的父層是1;1-2-1的父層是1-2;1-1有2個子層1-1-1和1-1-2。

可以在一個圖層中添加設(shè)備網(wǎng)元，設(shè)備網(wǎng)元的屬性包括設(shè)備類型、設(shè)備名稱、目的圖層和通信參數(shù)等。在該圖層的子層中編輯設(shè)備的機(jī)架圖，每個設(shè)備網(wǎng)元都有一個目的圖層，目的圖層指向機(jī)架圖所在的圖層。這樣點(diǎn)擊設(shè)備網(wǎng)元就可以切換到目的圖層(機(jī)架圖)，一般機(jī)架圖層都是設(shè)備圖層的子層。機(jī)架圖層主要通過圖元的組合來描述設(shè)備的詳細(xì)構(gòu)成，如模塊、板卡和端口等信息，機(jī)架圖層內(nèi)的每個組成圖元代表一個故障單元，故障單元的屬性包括所屬設(shè)備、單元名稱和告警位置等。

系統(tǒng)通過圖層索引保存拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過圖元數(shù)據(jù)流保存圖層內(nèi)數(shù)據(jù)信息，并提取圖層內(nèi)的設(shè)備信息及故障單元信息另表保存。

系統(tǒng)初始化時讀取所有故障單元信息，依此建立內(nèi)部告警數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)存鏈表，用來保存每個故障單元的告警個數(shù)。

客戶端收到服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的內(nèi)部告警數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后，將對應(yīng)的內(nèi)存鏈表更新，然后根據(jù)新數(shù)據(jù)刷新監(jiān)控拓?fù)渖系母婢甘?，把指示定位到對?yīng)圖層的對應(yīng)故障單元上，根據(jù)不同告警級別通過不同顏色來顯示告警狀態(tài)。告警顯示具有向上傳遞性，當(dāng)一個故障單元產(chǎn)生告警后，會逐層反應(yīng)到父層對應(yīng)的網(wǎng)元上，直至最頂層拓?fù)?。維護(hù)人員見到告警指示后，可以由設(shè)備網(wǎng)元點(diǎn)擊逐層深入，直到最底層查看具體的故障位置及故障詳細(xì)信息。

客戶端收到告警數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后除了在監(jiān)控拓?fù)渖线M(jìn)行顏色指示外，還可將告警信息送給告警箱，由告警箱進(jìn)行燈光顯示及聲音提示;還可以通過聲卡播放告警提示音。

客戶端還為維護(hù)管理人員提供各種應(yīng)用功能接口，如:告警清除、告警受理、告警查詢、告警打印、告警統(tǒng)計以及告警報表等。

4 系統(tǒng)性能測試

測試的目標(biāo)是驗(yàn)證通過上述設(shè)計方案實(shí)現(xiàn)集中告警系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及系統(tǒng)擴(kuò)充能力。

測試設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)配置結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 集中告警系統(tǒng)測試結(jié)構(gòu)

測試需要的設(shè)備包括:服務(wù)器、客戶端和各子系統(tǒng)接口測試Demo。為了簡化測試環(huán)境，在一個服務(wù)器上部署前置機(jī)程序、告警解析程序及應(yīng)用服務(wù)器程序;各子系統(tǒng)接口測試Demo通常由子系統(tǒng)廠家提供，各接口測試Demo可以部署在同一臺計算機(jī)上，也可分開部署。

按照各子系統(tǒng)提供的組網(wǎng)及設(shè)備配置資料進(jìn)行拓?fù)渚庉嫓y試，拓?fù)渚庉嫻ぞ呖梢造`活方便建立監(jiān)控拓?fù)?，形象描述設(shè)備網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備機(jī)架圖。證明了該系統(tǒng)拓?fù)渚庉嫷脑O(shè)備無關(guān)性與靈活性。

根據(jù)各子系統(tǒng)提供的接口協(xié)議文檔，在集中告警系統(tǒng)上擴(kuò)充前置機(jī)的接口實(shí)體DLL和告警解析的解釋實(shí)體DLL。DLL實(shí)現(xiàn)后可以動態(tài)加載到集中告警平臺里，證明了接口管理的實(shí)用性與靈活性。

通過各子系統(tǒng)接口Demo向集中告警系統(tǒng)模擬發(fā)送告警，告警可以在監(jiān)控拓?fù)渖隙ㄎ徊⒄_顯示，可以驅(qū)動聲光告警。證明了接口實(shí)體DLL及解析實(shí)體DLL工作正常，與平臺結(jié)合良好。

各測試Demo定時1 ms向集中告警系統(tǒng)發(fā)送告警數(shù)據(jù)。系統(tǒng)沒有彈出異常，告警顯示準(zhǔn)確，證明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。

測試結(jié)果證明，分層設(shè)計的集中告警系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，擴(kuò)充能力極強(qiáng)，設(shè)計是可行的。

5 結(jié)束語

目前該集中告警系統(tǒng)在國內(nèi)多條軌道交通系統(tǒng)上部署應(yīng)用，取得了廣泛好評。實(shí)踐證明了該系統(tǒng)完全達(dá)到了預(yù)期效果，有效地避免了定制系統(tǒng)帶來的缺陷，大大減少了系統(tǒng)后期開發(fā)投入，降低了集中告警系統(tǒng)軟件維護(hù)成本。分層可擴(kuò)展的架構(gòu)設(shè)計提高了系統(tǒng)的生命力;監(jiān)控場景動態(tài)繪制滿足了千變?nèi)f化的用戶現(xiàn)場環(huán)境。同時對其他網(wǎng)管類、監(jiān)控類系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)具有很強(qiáng)的參考價值。

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